探索分子生物学实验创新实践教学

刘金丰 萧允艺

［摘 要］分子生物学实验作为分子生物学理论应用于实践的桥梁，肩负生物专业实践型人才培养的重任，但传统教学模式已无法满足人才培养的要求。文章提出把目標问题导向式教学理念融入分子生物学实验教学，以课程目标为导向、以学生为中心、以五类目标问题为引领开展课程教学，旨在更好地满足当今快速发展的社会对生物工程专业人才的需求。

［关键词］分子生物学实验；目标问题导向式；教学创新

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）16-0063-04

分子生物学是在分子水平探究核酸、蛋白质等生物大分子结构、功能、规律及其相互作用的课程，与基因工程、生物化学、遗传学、微生物学等课程紧密联系与交织，是生物学的前沿与生长点[1]。而分子生物学实验是基于分子生物学理论课开设的一门实验课程[2]。实验教学是理论课堂教学延伸的教学实践，是“授人以鱼不如授人以渔”的试炼场。通过实验教学，理论得以应用于实践，加深了学生对理论知识的理解，使学生的科学探究思维与能力得到锻炼。分子生物学实验在生物技术与生物工程人才培养中占据重要的地位。该课程教学目标为使学生了解和掌握分子生物学相关基础实验与前沿实验的基本原理、操作技能和应用范围，提高学生的实验动手能力、独立分析问题和解决问题的能力、创造性思维能力[3]。分子生物学是自然科学中发展最迅速和最具活力的前沿领域之一，分子生物学研究技术的不断发展，对相关本科实验教学提出了更高要求[4]。

然而，传统的分子生物学实验教学模式一般按照“实验预习—课堂讲解—学生操作—报告撰写”的模式进行实验教学。学生没有明确的实验操作目标，被动地按既定步骤开展实验，缺乏问题意识与学习兴趣，课堂学习效率低，不能保证实验教学目标的有效实现，因此，教学改革势在必行。“以学生为主体、以问题为中心”的目标问题导向式教学是近年来较为重要的一种教学模式[5]。教师围绕教学目标精心设计五类目标问题：基本问题、重点问题、难点问题、实践问题和拓展问题，把课程内容转化为目标问题，引导学生深入思考，充分调动学生学习的主动性，在解决问题的过程中达到传授知识的目的，使学生综合能力和素质得到提升[6]。结合广东石油化工学院多年来分子生物学实验教学的现状，本文以该课程的教学设计为例，探讨了目标问题导向教学法在实验课程教学中的应用。

一、传统分子生物学实验教学存在的问题

以广东石油化工学院为例，分子生物学实验课程是面向生物工程系本科大二学生开设的，该阶段的学生已经具备一定的分子生物学理论基础，但缺乏实践经验。教师往往需要在课堂上花费大量的时间讲授实验目的、原理、操作流程等，剩下来留给学生自己动手操作的时间较少。另外，在实验操作过程中，部分学生对于实验原理、步骤等实验内容并没有深入的理解，面对陌生的仪器设备及其复杂的操作，会感觉无人下手，无法将理论知识融入实验操作，在小组学习中成为旁观者，缺乏对实验内容、实验设计等方面的独立思考及小组配合，不能及时发现实验过程中发生的突发问题，导致实验结果差强人意。

这种传统的 “以教师为中心”的教学模式导致学生被动地接受知识，缺少对实验内容的深入思考和探究。学生人数多，受教学资源和实验课时等条件的制约，一部分学生难以观察到操作的细节，影响了其对实验内容的理解及自主操作。长此以往，部分学生会感觉课程较为枯燥乏味，失去学习的主动性。实验教学要想有效地提升学生实验能力，需要引导学生亲自进行实验操作。实验教学若不能引导学生主动参与其中，提高学生的动手操作能力，那将违背专业人才培养的初心。如何改革传统的教学模式，采用先进又接地气的课程教学模式来提高学生的实验兴趣，是高等院校教师进行思考和探索的方向。

二、目标问题导向式教学模式

（一）目标问题导向式教学理念

目标问题导向式教学模式是一种以目标问题为导向，利用目标问题组织教学的创新型教学模式。所谓目标问题就是为促进国家、学校及专业三个层面人才培养目标的有效达成，围绕课程知识体系设计的课程教学问题。目标问题导向式教学模式是指教师利用五类目标问题组织教学，通过课前推送基本问题引导学生自学；课中讨论重点问题、难点问题和实践问题，按照小组讨论、分享汇报和教师点评三个环节展开；课后督促学生继续完成相关目标问题学习以及对课程进行评价。这种“以学生为主体、以问题为中心”的教学模式使沉闷的课堂教学有了生机和活力，能充分调动学生的主观能动性，学生在剖析问题和解决问题的过程中，科学思维和创新能力也将得到较大的提升。

（二）五类目标问题设置原则

在教学实践中，基于基本问题、重点问题、难点问题、实践问题和拓展问题这五类目标问题，笔者把课程内容体系、目标素质要求转化为目标问题体系[5]，如图1所示。基本问题为应知应会的问题，教师在课前给出答案，课上不讲，学生通过自主学习就能掌握本节课的基本知识、基本原理等。重点问题为必须重点掌握的问题，学生通过阅读教材找答案。难点问题为重点问题的进一步升华，强调问题设计技巧、激发学生学习兴趣，学生通过自学可找到相关的解题线索，但需要教师组织讨论、进行引导才能突破，注重对学生科学思维能力的培养。实践性问题为理论联系实际的问题，学生可以利用所学知识解决日常生活及实际中的问题。拓展问题为知识点的延伸，可以是素质综合问题，也可以是重点、难点综合问题等，注重学生知识迁移和创新应用。目标问题导向式教学理念有助于师生在教与学的过程中形成问题意识，使学生在生疑、质疑、解疑过程中提高能力[7]。在目标问题导向式教学过程中渗透五大目标问题，每一个教学环节都至关重要，除了对基础知识点的掌握、将理论应用于实践，在拓展问题中对思政元素进行挖掘也是重要的组成部分，如何在非思政课程中开展课程思政的建设，使二者同向同行，值得各位教师深入探究[8-9]。

三、目标问题导向式教学融入分子生物学实验

以实验“植物基因组DNA的提取、纯化、检测”为例，详细介绍目标问题导向式教学法在分子生物学实验教学中的应用。本课程的教学目标为掌握植物基因组DNA的提取、纯化、检测的基本原理、方法和操作；培养学生科研思维、创新能力和严谨的科研作风，为做好相关科研工作奠定了良好的基础。本课程的主要内容为基因组DNA提取的方法及前沿；试剂盒提取植物基因组DNA的原理和方法；琼脂糖凝胶电泳分离与检测基因组DNA。基于目标问题导向式教学理念，构建了“知识的导入（课前推送目标问题）—知识的深度学习（课中讨论重点问题、难点问题和实践问题）—知识的巩固提升（课后推送拓展问题）”的教学模式。

（一）课前准备

围绕课程教学目标，结合具体授课内容，紧扣育人目标要求，教师在课前精心设计五类具有针对性、启发性、时代性的目标问题。运用目标问题组织课程教学，一切教学活动围绕目标来展开。教师课前通过雨课堂平台向学生推送目标问题、在线慕课视频等预习资料，将学生进行分组，每组3～4人，各小组在线上进行课前自主学习，该部分内容主要围绕知识目标展开。学生通过课前完成对基础知识的学习，对相关课程知识体系有基本的构建，这有助于提高学生自主学习的积极性，提升课堂效率。以实验“植物基因组DNA的提取、纯化、检测”为例，笔者设计了五类目标问题，包含14个具体问题。

1.基本问题

（1）什么是基因组DNA？（2）常见的植物基因组DNA提取方法有哪些？（3）基因组DNA提取有哪些前沿方法？（4）什么是琼脂糖凝胶电泳检测？（5）实验需要用到什么仪器？仪器的安全操作规范是什么？（6）实验需要用到哪些危险化学品？操作过程中如何做好个人防护措施？（7）本实验还需注意哪些安全问题？

这几个基本问题在实验讲义中有直接表述，学生可以通过课前预习直接找到答案。基本问题向学生展示了课堂教学目标、教学内容、教学方法及过程，学生带着这些问题有目的地预习，有助于为接下来的实验操作奠定坚实的理论基础。

2.重点问题

（8）基因组DNA提取及电泳成像的原理是什么？

重点问题的解决是本节课程学习的关键部分，学生可以通过阅读教材找到答案，但是不一定能深刻理解和应用。教师还需要在课堂上进行全面的解读，引导学生把重点问题解决好，从而达到教学目的。学生在实验操作前能够掌握一定的实验原理，并运用原理进行实验操作。实验操作能促进学生进一步理解实验原理。

3.难点问题

（9）提取过程中加入的每一种试剂的作用是什么？对实验结果的影响是什么？

难点问题需要师生共同去解决，课堂上教师启发式引导学生一步步找出突破问题的方法，得出答案。分子生物学实验一般都会用到很多不同种类的试剂，学生必须明确每个实验操作流程中所需的每一种试剂的作用以及操作失误后可能对实验结果产生的影响。

4.实践问题

（10）基因组DNA提取在科研和医学等方面有什么应用？（11）什么是人类基因组计划？提取人类基因组DNA有什么意义？

分子生物学与人类生活和生产息息相关，本节课程的实验教学除培养学生实验操作技能外，还承担着实验理论和道德素质培养的教育任务[10]。让学生懂得生物技术在生活、生产等方面的应用价值，增强学生的社会责任感。

5.拓展问题

（12）一般是如何提取、纯化、检测动物、微生物基因组DNA的？它们之间有什么区别？（13）能否尝试用思维导图来完成实验报告？（14）结合广东石油化工学院的实际情况，提出本实验有哪些需改进的地方？

以植物基因组DNA为例，比较不同种类的生物基因组DNA提取、纯化、检测的区别，通过讨论、分析、比较等学习方法提升学生的生物学实验操作技能，发现生物学实验的共性规律，能够类比应用于其他同类学科中。要求学生利用思维导图来完成實验报告，引导学生构建该实验课程的基本知识体系，提高学生的逻辑思维能力。另外，结合广东石油化工学院的实际情况，鼓励学生思考现有实验有哪些需要完善的地方，培养学生分析、解决实际问题的能力。

（二）课堂授课

通过课前开展线上实验理论学习，学生能有效地将理论和实践相结合，提高了线下课堂的学习效率。上课前，学生针对雨课堂发布的重点问题、难点问题和实践问题，通过各种途径收集相关资料。在授课过程中，教师以抽签的形式确定每组讨论的问题。小组在讨论过程中如遇到困难，教师可以适当给予引导。学生讨论完成后，教师在各小组内随机进行点名，由被点名学生汇报讨论结果，教师根据各小组的汇报情况，引导学生进行深度学习，从而有效解决目标问题。这些问题内容涵盖实验核心理论知识、实验操作需注意的细节和可能出现的突发状况等，学生通过对目标问题的认识、分析和解答，为接下来的实验操作奠定良好的理论基础。基于线上和线下教学的深度融合，在实验操作的过程中，学生可以分组录制实验视频、拍摄实验关键或易错环节照片，并将其上传至班级学习交流平台，实现资源共享，便于其他学生在交流过程中可及时发现问题并做出调整。教师可以通过交流平台掌握学生的情况与实验进展，有针对性地对学情进行分析，及时做出评价，做到有针对性地纠正学生实验过程中存在的错误。

（三）课后辅导

根据课前的预习和课堂教学效果，教师有针对性地向学生推送个性化拓展问题，要求学生通过课外查阅相关文献和书籍，提炼有效信息，尝试解答问题，同时鼓励、引导学生进行讨论，并对讨论结果进行总结。学生可以在雨课堂讨论区发表自己对问题的看法，教师做出点评。课后学生将实验报告整合成思维导图，如图2所示，借助思维导图完成实验报告。通过这种方式，使实验内容更加清晰易懂，有效提升了学生的思维，有助于学生对知识体系的构建。同时，有助于教师反思课程评价、深化思考，持续改进教学方法。

（四）学生评价方式

在教学过程中采取过程性评价和终结性评价相结合的方式对学生进行综合评价。

1.过程性评价

主要为学生平时成绩，占总成绩的60%。平时成绩包括线上课前、课后测试成绩等，重点考查学生利用网络学习平台获取分子生物学实验理论知识的情况；在线下课堂观察学生实验过程的操作步骤以及学生分析、解决实验问题的能力。

2.终结性评价

主要为实验报告及平台总测试的成绩，占总成绩的40%。重点考核学生对实验的理解程度和分析结果的能力。

四、结语

笔者针对课程改革进行了线上问卷调查，90%以上的学生认为教学模式新颖，授课内容联系紧密，逻辑性强，较容易接受。在教学过程中能紧跟教师的思路，且对知识点的掌握更加牢固，做题时的思路更加清晰。另外，课程过程性考核显示大二年级学生第二个学期课堂参与度为100%，学生学习该门课程的积极性明显提高。

目标问题导向式教学的核心关键在于问题的设计，巧妙生动地将思政元素自然融入目标问题，实现“育人无声”的效果。在目标问题导向式教学模式下，学生参与度较高，课堂气氛比较融洽，师生沟通顺畅，实现了预期的教学目标和培养目标。今后还需要坚持将目标问题导向式教学理念融入分子生物学实验教学，不断优化创新，通过实践教学不断丰富教学成果。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 盛哲津，李天明，陆东东.本科生分子生物学实验延伸课堂的教学实践[J].实验室研究与探索，2019，38（12）：241-244.

[2] 曹玲珍，侯雯.“分子生物学实验”教学改革探索[J].科教文汇（中旬刊），2021（2）：84-86.

[3] 张玲秀.“三层次、四模块、二结合”分子生物学实验教学体系[J].山东化工，2020，49（24）：198-199.

[4] 吴远双，宋玉竹，韩芹芹，等.本科生物化学与分子生物学实验改革研究[J].实验科学与技术，2020，18（6）：56-60.

[5] 王忠勇，许莹婧，周如金，等.目标问题导向式教学模式的实践与创新[J].黑河学院学报，2022，13（1）：75-77.

[6] 罗天雨，王遨宇，张鸿宇.基于目标的问题导向教学法探讨[J].广东化工，2020，47（21）：219-220.

[7] 周如金，范忠烽，刘美.新时代卓越高等工程教育路径创新探索[J].高教探索，2021（9）：9-12.

[8] 彭展.目标问题導向式教学模式在C语言课程中的应用研究[J].科技视界，2021（36）：84-85.

[9] 谢明浩.以问题和目标为导向深化学校教育评价改革[J].山东开放大学学报，2021（4）：4-6.

[10] 汤海峰，崔银秋，姜大志，等.一流课程视角下分子生物学实验课程内容体系和教学模式的设计与实践[J].生物工程学报，2022，38（4）：1640-1648.

［责任编辑：苏祎颖］